特許 6090103 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6090103

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20170227BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 302C

   H02J7/02 H

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-217280(P2013-217280)

(22)【出願日】2013年10月18日

(65)【公開番号】特開2015-80367(P2015-80367A)

(43)【公開日】2015年4月23日

【審査請求日】2016年4月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】加藤 洋明

(72)【発明者】

【氏名】吉澤 宏昌

【審査官】 田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００５−５２８０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６９４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１５６５６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／１１１４７８（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセルが直列接続された電池モジュールと、
前記電池モジュールから電力供給を受けて前記電池モジュールの異常を監視する監視手段と、
前記監視手段のグランド端子とアノードが接続され、前記電池モジュールの負の端子とカソードが接続されたダイオードと、
一端が前記電池モジュールの負の端子と前記ダイオードのカソードとの接続点に接続され、前記監視手段によりオン/オフ制御されるスイッチ手段と、
を有する複数の電源ユニットを備え、
前記複数の電源ユニットにおいて、
各々の前記電池モジュールの正の端子が共通接続され、かつ各々の前記スイッチ手段の他端が共通接続され、かつ各々の前記監視手段の前記グランド端子が共通接続され、
前記ダイオードは、オン状態の前記スイッチ手段に接続された電池モジュールからオフ状態の前記スイッチ手段に接続された電池モジュールへ電流が回り込むのを防止することを特徴とする電源装置。

【請求項2】

前記電池モジュールの正の端子から前記監視手段の電力供給端子へ電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記複数の電源ユニット内の各々の前記監視手段を監視制御する監視制御手段を有し、
前記監視制御手段は、
前記電池モジュールの正の端子からへ電力供給を受け、前記監視制御手段のグランド端子は前記複数の電源ユニットの各々の前記ダイオードにおける各アノードに共通接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池の複数のセルが直列接続され、各セルの異常監視機能を備えた電池モジュールを並列に接続した電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数のセルが直列接続され、各セルの異常監視機能を備えた電池モジュールを並列に接続した電源装置に関して、例えば、下記特許文献１〜３のような文献がある。
下記特許文献１には、複数のセルが直列接続された電池と、セルの異常を監視し、異常を検出した場合にスイッチオフ信号によりオフ状態となるスイッチと、を有する複数の電池ユニットが並列接続された電池システムが記載されている。又、下記特許文献２には、複数のセルが直列接続された組電池と、電池の異常を監視する電池監視手段とを有する電源装置が記載されている。更に、下記特許文献３には、複数のセルが直列接続された組電池と、複数の電池間の出力電圧の差によって生じる電流の逆流を防止する１つ以上の逆流防止ダイオードとを有する電源装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−８８２０２号公報

【特許文献2】特開２００４−１２０８５６号公報

【特許文献2】特開２０１１−２０５８６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の電源装置では、スイッチオフ信号によりオフ状態となるスイッチが電池の正の端子側に配置されているため、スイッチを電界効果トランジスタ等で構成する場合に制御電圧を高い電圧にする必要がある。低い制御電圧で電界効果トランジスタ等のスイッチを制御するためには、スイッチを電池の負の端子側に配置する必要があるが、電池の負の端子側を共通グランドにすると、オン状態のスイッチに接続された電池から、オフ状態のスイッチに接続された電池に電流が回り込み、並列接続された電池を独立にオン/オフ制御できない。

【0005】

又、特許文献２の電源装置は、劣化判定対象の組電池と劣化判定対象外の組電池とを分けて充放電試験を行うことができるが、異常が検出された組電池を切り離す機能を有していない。更に、特許文献３の電源装置は、各電池の異常を検出し、異常が検出された組電池を切り離す機能を有していない。

【0006】

本発明は、複数のセルが直列接続され、各セルの異常監視機能を備えた複数の電池モジュールを並列に接続した電源装置において、複数の電池モジュールを低い電圧で独立にオン/オフ制御できる電源装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の電源装置は、複数のセルが直列接続された電池モジュールと、前記電池モジュールから電力供給を受けて前記電池モジュールの異常を監視する監視手段と、前記監視手段のグランド端子とアノードが接続され、前記電池モジュールの負の端子とカソードが接続されたダイオードと、一端が前記電池モジュールの負の端子と前記ダイオードのカソードとの接続点に接続され、前記監視手段によりオン/オフ制御されるスイッチ手段と、を有する複数の電源ユニットが、各々の前記電池モジュールの正の端子が共通接続され、かつ各々の前記スイッチ手段の他端が共通接続され、かつ各々の前記監視手段の前記グランド端子が共通接続されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、各電源ユニットが、監視手段のグランド端子とアノードが接続され、電池モジュールの負の端子とカソードが接続されたダイオードを有している。このダイオードにより、オン状態のスイッチに接続された電池から、オフ状態のスイッチに接続された電池への電流の回り込みを防止し、各電源ユニットのスイッチ手段を独立にオン/オフ制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態の電力供給システムの概略を示すブロック図

【図2】比較例の電源装置２０の要部の回路図

【図3】図２の電源装置２０における電流回り込みを説明する図

【図4】本発明の第１実施形態の電源装置１０の要部の回路図

【図5】図４の電源装置１０の動作を説明する図

【図6】本発明の第２実施形態の電源装置１０Ａの要部の回路図

【図7】図６の電源装置１０Ａの動作を説明する図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の電力供給システムの概略を示すブロック図である。

【0011】

図１の電力供給システムは、電源装置１０と、負荷Ｚとを有し、電源装置１０から負荷Zへ電流Ｉｔが供給されている。負荷Ｚから電源装置１０へは、負荷の状態を示す信号が出力されている。

【0012】

図２は、比較例の電源装置２０の回路図であり、図３は、図２の電源装置２０における電流の回り込みを説明する図である。
図２の電源装置２０は、複数のセルが直列接続された複数の電池モジュール１−１，１−２を有している。電池モジュール１から電力供給を受けて電池モジュール１の電圧、電流、温度の少なくとも１つの異常を監視する監視手段としての監視電子制御ユニット（Electronic Control Unite、以下「ＥＣＵ」という。）２（２−１，２−２）を有している。更に、一端が電池モジュール１の負の端子に接続され、監視ＥＣＵ２が出力する制御信号によりオン/オフ制御されるスイッチ手段３（３−１，３−２）を有している。スイッチ手段３は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等により構成される。電池モジュール１と、監視ＥＣＵ２と、スイッチ手段３と、により電源ユニットが構成されている。

【0013】

電源装置２０は、複数の電源ユニットの、各々の電池モジュール１の正の端子が共通接続され、かつ各々のスイッチ手段３の他端が共通接続され、かつ各々の監視ＥＣＵ２のグランド端子がスイッチ手段３の一端と共通接続されて、構成されている。各々の監視ＥＣＵ２のグランド端子が共通接続されているのは、各々の監視ＥＣＵ２同士が相互に通信を行うためである。電源装置２０は、監視ＥＣＵ２から出力される低電圧のオン/オフ信号によりスイッチ手段３（３−１，３−２）を独立に制御することを意図した回路である。

【0014】

図３において、スイッチ３−１はオフ状態であり、スイッチ３−２はオン状態である。この場合、オン状態のスイッチ３−２に接続された電池モジュール１−２から負荷Ｚに電力が供給される。しかし、監視ＥＣＵ２−１及び２−２のグランド端子が共通に接続されているため、オフ状態のスイッチ３−１に接続された電池モジュール１−１にも、一点鎖線の矢印で示した経路で電流が回り込む。そのため、各々のスイッチ手段３−１，３−２を独立にオン/オフ制御することができない。

【0015】

図３では、スイッチ３−１はオフ状態であり、スイッチ３−２はオン状態であるとして説明したが、スイッチ３−１がオン状態であり、スイッチ３−２がオフ状態であって良い。この場合には、オン状態のスイッチ３−１に接続された電池モジュール１−１から負荷Ｚへ流れる電流の一部が、オフ状態のスイッチ３−２に接続された電池モジュール１−２へ回り込み、各々のスイッチ手段３−１，３−２を独立にオン/オフ制御することができない。

【0016】

尚、図２，図３では、説明の都合上、電源装置２０は、２つの電源ユニットが並列接続された構成を例に説明したが、並列接続される電源ユニットの数は２つに限定されず、任意の数の電源ユニットを並列接続した電源装置について、同様の電流の回り込みが発生する。

【0017】

そこで、各々のスイッチ手段３−１，３−２を独立にオン/オフ制御できる本発明の第１実施形態の電源装置１０を発明した。
図４は、本発明の第１実施形態の電源装置１０の要部の回路図であり、図５は、図４の電源装置１０の動作を説明する図である。

【0018】

図４において、電源装置１０は、複数のセルが直列接続された電池モジュール１と、電池モジュール１から電力供給を受けて電池モジュール１の電圧、電流、温度の少なくとも１つの異常を監視する監視手段としての監視ＥＣＵ２（２−１，２−２）と、監視ＥＣＵ２のグランド端子とアノードが接続され、電池モジュール１の負の端子とカソードが接続されたダイオード４（４−１，４−２）と、一端が電池モジュール１の負の端子とダイオード４のカソードとの接続点に接続され、監視ＥＣＵ２によりオン/オフ制御されるスイッチ手段３（３−１，３−２）と、を有する複数の電源ユニットが、複数の電源ユニットの各々の電池モジュール１の正の端子が共通接続され、かつ複数の電源ユニットの各々のスイッチ手段３の他端が共通接続され、かつ複数の電源ユニットの各々の監視ＥＣＵ２のグランド端子が共通接続されている。

【0019】

監視ＥＣＵ２は、電源供給端子が電池モジュール１の正の端子に接続され、グランド端子がダイオード４を介して電池モジュール１の負の端子に接続され、電池モジュール１から電力供給を受けて電池モジュール１の異常を監視すると共に、負荷Ｚが必要とする電力量の状態に応じて、異常でない電池モジュールを接続するスイッチ手段３をオン状態にするオン/オフ信号を出力する。更に、各監視ＥＣＵ２同士で通信を行うため、各監視ＥＣＵ２のグランド端子は、共通接続されている。

【0020】

次に、図５に基づいて、第１実施形態の電源装置１０の回路の動作について説明する。
図５において、図３と同様に、スイッチ３−１はオフ状態であり、スイッチ３−２はオン状態である。この場合、オン状態のスイッチ３−２に接続された電池モジュール１−２から負荷Ｚに電力が供給される。

【0021】

この場合、図３と異なり、監視ＥＣＵ２−１のグランド端子にダイオード４−１のアノードが接続され、ダイオード４−１のカソードが電池モジュール１の負の端子に接続されているため、オフ状態のスイッチ３−１に接続された電池モジュール１−１には、電流が回り込まない。そのため、各々のスイッチ手段３−１，３−２を独立にオン/オフ制御することができる。

【0022】

図４に示された第１実施形態の電源装置１０の構成によれば、各電源ユニットが、監視ＥＣＵ２のグランド端子とアノードが接続され、電池モジュール１の負の端子とカソードが接続されたダイオードを有している。このダイオードにより、オン状態のスイッチ３−２に接続された電池モジュール１−２から、オフ状態のスイッチ３−１に接続された電池モジュール１−１へ電流が回り込むのを防止でき、各電源ユニットのスイッチ手段３を独立にオン/オフ制御することができる。
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態の電源装置１０Ａの要部の回路図であり、比較例の電源装置２０を示す図２、及び第１実施形態の電源装置１０を示す図４と共通の要素には共通の符号が付されている。

【0023】

電源装置１０Ａは、図４に示された電源装置１０と同様の電池モジュール１（１−１，１−２）、監視ＥＣＵ２（２−１，２−２）、スイッチ手段３（３−１，３−２）、及びダイオード４（４−１，４−２）を有し、新たに、監視ＥＣＵ２（２−１，２−２）を監視制御する監視制御手段としての制御ＥＣＵ５が追加されている。制御ＥＣＵ５は、電源端子が電池モジュール１の正の端子に接続され、電池モジュール１から電力供給を受けて監視ＥＣＵ２と制御信号の送受信を行うと共に、監視ＥＣＵ２へ電力供給を行うものである。制御ＥＣＵ５は、グランド端子が複数の電源ユニットの各々のダイオード４のアノードに共通接続され、ダイオード４を介して各々の電池モジュール１の負の端子に接続され、制御ＥＣＵ５のグランド端子と、監視ＥＣＵ２−１，２−２のグランド端子を共通にしている。
更に、制御ＥＣＵ５は、図示しない上位の制御手段からの命令に従って制御されても良い。尚、監視ＥＣＵ２への電力供給は、制御ＥＣＵ５を介して電力供給を行っても、電池モジュール１から監視ＥＣＵ２へ直接電力供給を行っても良い。

【0024】

図７は、図６の電源装置１０Ａの動作を説明する図である。
図７において、電池モジュール１−１，１−２の正の端子から制御ＥＣＵの電源端子へ供給された電流は、スイッチ手段３−１，３−２のオン/オフ状態に関係なく、ダイオード４−１，４−２を介して電池モジュール１−１，１−２の負の端子へ還流している。

【0025】

これにより、制御ＥＣＵ５が消費する電力を、並列接続された電池モジュール１−１，１−２から均等に使用することができる。そのため、もし、電池モジュール１−１と１−２との端子間電圧がばらついた場合には、端子間電圧が高い方の電池モジュール１−１又は１−２を使用することができる。

【符号の説明】

【0026】

１，１−１，１−２ 電池モジュール
２，２−１，２−２ 監視ＥＣＵ
３，３−１，３−２ スイッチ手段
４，４−１，４−２ ダイオード
５ 制御ＥＣＵ
１０，１０Ａ，２０ 電源装置
Ｚ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】